摘要：
毕业论文是大学本科教学过程中最重要的教学实践环节之一，是检验本科生综合素质的最有效的手段。以乳酸菌双功能谷胱肽合成酶的异源表达为范例，利用PDCA循环法从论文选题、实验准备、实验研究和论文撰写等方面介绍在上海理工大学食品科学与工程专业本科毕业论文中的探索。学生通过综合运用所学理论知识和实验技能，能够顺利完成毕业论文实验，表达出具有工业应用潜力的乳酸菌双功能谷胱肽合成酶，完成本科毕业论文的教学目标。
关键词：
食品科学与工程;本科生毕业论文;乳酸菌;双功能谷胱甘肽合成酶
基金项目：
上海理工大学年度教师教学发展研究项目（项目编号CFTDZ）
来源：
《食品工业》年第40卷第3期
PDCA循环法来自于Plan-Do-Check-Action4个英语单词的首字母，按照计划、实施、检查和处理的递进顺序进行设计，是一种紧密围绕工作目标不断循环的科学管理方法。PDCA循环法由美国贝尔实验室的瓦特休·哈特博士在年首次提出，后经美国管理学爱德华戴明博士对其进行完善和大力倡导，使得PDCA循环法被广泛传播和应用。PDCA循环是一个呈螺旋式上升和发展的动态活动过程（图1），其特点是环环相扣、不断循环、相互促进、周而复始。遵循PDCA循环法原则已被全世界公认为是一种行之有效的质量管理和控制策略。PDCA循环法自20世纪70年代传入我国后，在企业管理、质量管理和教育教学等领域获得了广泛的应用，取得了良好的效果。众多高校利用PDCA循环法在食品、医学和体育专业等课程教学中，在调动学生学习积极性、促进教学效果等方面取得了明显成效。例如，范娜等将PDCA循环法应用在《食品营养学》课程教学中，与采用传统教学方法（对照）相比，PDCA循环法能够有效提升学生主动学习的积极性，明显改善课堂教学效果。
图1 PDCA循环法的特点
毕业论文作为本科培养方案中最重要的教学实践环节，具有其他教学环节所不能替代的实践性作用和综合性作用，是对学生所学的专业知识进一步深化与升华的重要过程，是对学生综合素质与实践能力培养效果的全面检验，是对学生学习、研究和实践成果的全面总结，同时也是对学生毕业资格和学位资格审核的重要依据。因此，毕业论文的质量，既关系到学生学业能力的评定，又关系到学生本科毕业和学士学位资格的认定。由于大学扩招严重和就业形势严峻等现状，导致目前本科毕业论文整体水平呈明显下滑趋势。因此，提升本科毕业论文质量势在必行，对进一步增强大学生综合素质具有显著影响。该文基于PDCA循环法指导上海理工大学食品科学与工程专业毕业论文工作有关的经验与体会进行介绍（图2），以期为食品专业本科毕业论文的教学实践工作提供有益的参考。
图2 采于PDCA循环法的本科毕业论文流程
1 PDCA循环之P-计划：制定目标
本科毕业论文的总体教学目标是培养学生能够综合运用所学的基础理论、专业知识和基本技能来分析和解决实际问题的能力，通过学生的基本实践训练，使其初步具备理论研究工作的能力。食品科学与工程专业的教学目标是培养学生掌握食品加工技术的基本理论知识及其加工工艺，培养学生的动手和从事科研工作的能力，使学生具备独立分析和解决问题、综合设计和创新等方面的能力。通过毕业论文进一步强化学生的独立分析和解决问题等综合能力，为其顺利进入社会打下坚实的基础。食品科学与工程专业毕业论文通常是设计实验获得实验数据、完成数据分析和论文撰写，并通过论文答辩。虽然上海理工大学一般将毕业论文工作安排在本科的第八学期，但食品科学与工程专业的指导教师会将毕业论文的工作提前至第六学期末，这样保证指导教师和学生有充足的时间来制定目标和完成计划（图3），使导师与学生长时间结对有效形成一个有机整体，来完成从论文选题、查阅科技文献、实验方案设计和实施、实验数据分析到论文撰写和答辩等一系列毕业论文相关的工作。
选题是决定毕业论文质量好坏的关键因素，直接影响论文的创新性和新颖性。根据学生的科研兴趣和指导教师承担的科研项目，结合我校食品专业的研究方向和实验条件，选定毕业论文题目，设计和实施毕业论文实验。以本人为例，我承担的国家自然科学基金面上项目和上海市自然科学基金都是集中在乳酸菌功能机制解析和分子生物学方向的研究。学生对还原型谷胱甘肽（γ-glutamyl-L-cysteinylglycine）这个生物活性三肽感兴趣，它是生物体内一种重要的非蛋白琉基小分子化合物。还原型谷胱甘肽作为体内重要的内源性抗氧化物，在食品、化妆品和医药等行业中有着非常广泛的应用。通过文献调研可知，还原型谷胱甘肽在生物体内通常分别由γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶和谷胱甘肽合成酶将谷氨酸、甘氨酸和半胱氨酸三种底物，经两步ATP供能反应催化合成。但目前已有研究发现少量细菌含有双功能谷胱甘肽合成酶，能够一步反应将三种底物直接催化合成还原型谷胱甘肽，而乳酸菌中存在这种双功能谷胱甘肽合成酶，但相关研究报道较少。结合本人和学生的兴趣，最终选定“乳酸菌来源双功能谷胱甘肽合成酶的异源表达”为论文题目展开毕业论文工作。
图3 毕业论文目标管理框架
PDCA循环法的管理程序特点是能够随时和反复自查自省，因此我们将PDCA评价始终贯穿于毕业论文的指导过程。除指导老师随时指导和与学生讨论实验进展外，我校要求学生填写毕业论文立题卡和任务书，本专业毕业论文工作领导小组会对所有汇总的论文立题卡和任务书逐一审查，特别是选题的难易度和可操作性等。对不符合要求或选题不当的题目，及时反馈给学生和指导老师，并要求重新选题。只有选题通过后，才进行开题和实验实施等后续工作。
2 PDCA循环之D-实施：实验实施
实验实施是本科毕业论文的关键阶段，在此阶段要培养学生具有良好的动手能力和科研思维能力，使学生能够初步具备分析和解决科研问题的能力。在实验实施阶段，指导教师应对学生进行理论知识、实验操作和仪器使用等方面集中指导，使学生在实验过程中尽可能地减少不必要的错误。以“乳酸菌来源双功能谷胱甘肽合成酶的异源表达”毕业论文为例，本人让学生学会食品微生物的好氧和厌氧培养、乳酸菌分子生物学等基本实验操作及相关仪器使用。学生结合上述已掌握的相关知识和技术，根据设计的实验方案，让指导老师帮助采购或采集实验所需的试剂、耗材或实验所需样本，启动自己毕业论文的实验工作。
学生通过文献查阅不难发现，目前仅有少数乳酸菌有报道含有双功能谷胱甘肽合成酶，但酶活差异较大。而且文献中酶活定义各不相同，很难比较出活性较高的双功能谷胱甘肽合成酶。为了从乳酸菌中克隆高活性的双功能谷胱甘肽合成酶基因，采用比较基因组学的方法，对美国国家生物技术信息中心（NCBI）数据库中目前有全基因组序列的20个乳杆菌属代表性菌株进行生物信息学分析，从中挖掘出19个假定的双功能谷胱甘肽合成酶基因，实验表明乳杆菌属富含丰富的双功能谷胱甘肽合成酶基因。
为了验证假定的双功能谷胱甘肽合成酶功能，选择在大肠杆菌（Escherichiacoli）中异源表达植物乳杆菌（Lactobacillusplantarum）和干酪乳杆菌（Lactobacilluscasei）来源的双功能谷胱甘肽合成酶。开展这部分实验前，学生已经顺利通过指导老师的乳酸菌分子生物学等实验操作系统培训。因此，学生能够较为熟练地进行乳酸菌基因组DNA和质粒的提取、PCR技术克隆目的基因、PCR产物和质粒的清洁回收、质粒和目的片段的酶切和连接、重组表达质粒的构建和验证等实验操作。所以学生在进行植物乳杆菌和干酪乳杆菌基因组DNA提取和PCR克隆这两种乳杆菌来源双功能谷胱甘肽合成酶基因的实验过程非常顺利。经琼脂糖电泳跑胶，发现克隆的这两种来源双功能谷胱甘肽合成酶基因DNA条带单一，大小正确。利用Nanodrop仪器分析也表示，DNA质量较高，可以满足后期重组质粒构建的需要。利用PCR清洁回收试剂盒回收克隆的双功能谷胱甘肽合成酶基因，通过限制性内切酶的双酶切和T4DNA连接酶的连接等分子生物学实验操作，最终顺利构建出表达这两种乳杆菌来源的双功能谷胱甘肽合成酶重组质粒pZX08和pZX12。双酶切验证和上海生工测序都表明基因成功连接到表达质粒pET24a中，质粒构建正确。
目前蛋白表达最常用的原核微生物宿主是大肠杆菌和枯草芽孢杆菌，而乳酸菌并不是表达异源蛋白最通用宿主，主要原因是其蛋白表达量不高。此外，与组成型启动子相比，诱导型启动子在蛋白表达中最为常见，其蛋白表达量通常较高。因此，在实验设计时选用了含有强的诱导型T7启动子的pET24a质粒在大肠杆菌中来对双功能谷胱甘肽合成酶进行蛋白表达。将上述分别含植物乳杆菌和干酪乳杆菌来源的双功能谷胱甘肽合成酶重组质粒pZX08和pZX12化学转化到大肠杆菌BL21（DE3）后，通过IPTG诱导进行蛋白表达。采用SDS-PAGE分析表明，这两种乳杆菌来源的双功能谷胱甘肽合成酶可以在大肠杆菌中显著表达。
与不表达双功能谷胱甘肽合成酶的大肠杆菌对照相比，表达这两种双功能谷胱甘肽合成酶的大肠杆菌合成还原型谷胱甘肽显著增强，表明在大肠杆菌中异源表达乳杆菌来源的双功能谷胱甘肽合成酶具有活性，能够催化还原型谷胱甘肽生物合成的功能。此外，与对照相比，在优化诱导条件和前体浓度条件下，大肠杆菌异源表达植物乳杆菌来源的双功能谷胱甘肽合成酶，使自身的还原型谷胱甘肽合成提高了.9%，胞内的还原型谷胱甘肽浓度达到.5mmol/L。通过实时荧光定量PCR转录分析表明，异源表达乳杆菌来源的双功能谷胱甘肽合成酶显著抑制了大肠杆菌内源的还原型谷胱甘肽代谢和三种底物氨基酸生物合成代谢中的关键基因，进一步证明双功能谷胱甘肽合成酶的异源表达使大肠杆菌中还原型谷胱甘肽产量增加。研究结果表明，双功能谷胱甘肽合成酶不但在乳酸菌中广泛存在，而且双功能谷胱甘肽合成酶的异源表达是促进还原型谷胱甘肽生物合成的有效策略。
3 PDCA循环之C-检查：过程管理
在指导老师层面上，在实验过程中，依据PDCA管理程序的特点，我们要求学生具有严谨的科研态度、严格完成实验设计和各项操作、仔细观察实验中存在的各种现象、详实记录自己的实验结果，按时总结和反思自己的实验，及时向导师汇报工作进展。指导教师也应帮助学生进行实验结果分析，确定实验是否达到预期设计和目标，并根据结果对实验方案是否需要进行调整或重新设计。此外，为方便学生实验研究，我们对指导的学生实行开放式管理，学生可以灵活地根据自己的时间来安排实验，以便更好地把控自己的实验进展。
在学校学院层面上，我校对毕业论文选题、开题、中期检查和论文答辩等各个环节实行校院两级管理和监控。院校对毕业论文前期检查主要包括导师落实、选题确定、文献综述完成、任务书执行、开题报告落实等情况。文献综述完成情况主要检查文献综述是否围绕选题内容对国内外研究进展进行概括描述，文献综述撰写是否按照学校规定的格式要求。开题由学院组织开题报告，检查每位学生的开题报告、文献综述、研究方案、研究目标和毕业论文完成情况等，再由学校组织专家督导组进行抽查。毕业论文完成情况主要检查论文进展是否达到预期，论文撰写是否按学校规定包含标题、中英文摘要、关键词、内容、图表、致谢、参考文献等内容及格式是否规范。中期检查起到督促学生和指导老师按时间节点完成规定的论文工作，及时发现在研究过程中遇到的各种问题和困难，并检查导师指导记录，包括讨论问题、指导意见和指导方式等内容。最后论文答辩由学院成立答辩委员会组织，审定学生的答辩资格，由学院专家组和学校组织督导组检查学生的毕业论文相关材料和听取学生的答辩内容。
4 PDCA循环之A-处理：过程处理
在指导老师层面上，学生按上述实验方案将全部实验完成后，与指导教师一起分析结果，确定论文撰写大纲。学生依照拟定的论文撰写大纲及学院规定的相关要求来完成论文初稿撰写，再交由导师进行修改。导师应对论文条理、数据分析、结果与讨论等部分对学生做出具体指导，将修改稿返回学生继续修改，这样反复多次直至定稿。学院同行专家和老师对定稿的毕业论文给出评阅意见，将意见返还给学生和指导老师进行修改。指导老师对再修改的论文进行审阅，给学生对毕业论文答辩提供建设性意见，使学生顺利通过毕业论文答辩。
在学校学院层面上，前期阶段出现需要另选导师或更换选题等问题，可及时与本专业负责人或学院沟通协调。如果学生在执行任务书和开题报告等存在困难，指导导师和本专业专家组应及时给予理论上指导和帮助，以免耽误后续毕业论文实验的进程。检查导师指导记录能起到督促导师给予学生必要的指导，让导师及时发现学生在论文实验实施过程中存在的问题和了解学生论文整体进展情况，最终不影响毕业论文总体进展和整体质量。对上述检查中按计划和进度完成毕业论文的学生，组织进行食品专业毕业论文答辩会，请本校食品相关专业的专家老师评审。按照上海理工大学本科毕业论文质量评价要求，对论文规范、论文撰写、学术水平和论文创新性等指标评定成绩。对上述不能按进度完成的学生，则延迟毕业论文答辩。毕业论文最终成绩分别由导师考评成绩、同行专家评审成绩和学生答辩成绩按一定的比例构成，成绩达到90分以上为优秀毕业论文。
5 结论
毕业论文作为本科人才培养过程中最后一个关键节点，是对学生综合素质全面考核的有效环节。上海理工大学食品科学与工程专业本科毕业论文采用PDCA循环法，从Plan-Do-Check-Action四个阶段对论文选题、方案设计、实验实施、数据分析和论文撰写等方面对食品专业毕业论文进行有效的监督和质量把控，极大地增强了食品专业学生在毕业阶段对科研工作的兴趣，极大地提升了食品专业学生的动手、科研思维和团队协作能力。按照上述本科毕业论文指导模式，学生较好地掌握解决食品科学问题的方法和思路、学会如何检索和查阅科学文献、如何组织和实施实验设计，如何分析实验数据和处理实验图片，如何记录和总结实验结果，如何撰写论文和报告等能力，最终显著提升本专业本科毕业生的综合素质，达到本科毕业论文实践教学的整体目标。
以“乳酸菌来源双功能谷胱甘肽合成酶的异源表达”作为毕业论文题目为例，课题涉及食品科学、微生物学、分子生物学等多学科的理论知识和实验技能，基于PDCA循环法能够在有限的时间内让学生高效地完成毕业论文设定目标，能够多角度全面地考察学生的自我学习、分析解决问题和动手实践等能力，使得学生最终能够高质量高水平地完成论文设定的实验，论文答辩最终也获得优秀毕业论文。此毕业论文实验结果于年5月被国外乳品顶级刊物“JournalofDairyScience”出版发表，不但说明论文选题合适、立意新颖、具有较好的科学前沿性和创新性，也说明基于PDCA循环法能够在较短的时间内取得良好的效果。学生实验构建的表达乳杆菌来源双功能谷胱甘肽合成酶的大肠杆菌工程菌，显著提高大肠杆菌合成还原型谷胱甘肽的能力，具有潜在的应用价值和理论指导意义，为还原型谷胱甘肽工业生产提供有益的数据。
参考文献略
排版：张慧颖
预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇